Устройство для градуировки фотоприемников по спектральной чувствительности

 

Изобретение относится к области энерг-етической спектрофотометрии и может быть применено в качестве исходного средства для метрологической аттестации первичных преобразователей и измерителей потока излучения и энергетической освещенности. Целью изобретения является расширение спектрального и динамического диапазонов и повьппение точности измерений . Устройство реализует метод замещения градуируемого приемника опорным, в качестве опорного приемника применен спектрорадиометр,калибруемый по эталонному источнику. Новым в устройстве является создание конструкции, сог ласующей угловые поляризационные и динамические характеристики эталонного источника излучения - синхротронного источника излучения накопительного кольца и монохроматического осветителя за счет тог о, что фокусирующее поворотное зеркало спектрорадиометра образует . с фокусирующей оптической системой монохроматического осветителя афокальную оптическую систему. 1 ил. с (Л со 4: to со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН (I9) SU ((I) 42 7 А1 (511 4 G 01 J 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц "":;„„. 1д!

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Мкщ

411i) J rp (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ ПО СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ (57) Изобретение относится к области энергетической спектрофотометрии и может быть применено в качестве исходного средства для метрологической аттестации первичных преобразоI (21) 4002433/24-25 (22) 27.12.85 (46) 30.05.87. Бюл. У 20 (72) В.И.Квочка и О.А.Минаева (53) 535.24(088.8) (56) Croche R. Les references de

transfer in radiometric clons le

domaine ultraviolet — Bulletin

BNM, 1979, N 35, рр. 19-22.

Maratte С., 1,epondez I.,- Lepltier

P. — Optical Communications, 1976, 16, N - 1, р. 149. вателей и измерителей потока излучения и энергетической освещенности.

Целью изобретения является расширение спектрального и динамического диапазонов и повьппение точности измерений. Устройство реализует метод замещения градуируемого приемника опорным, в качестве опорного приемника применен спектрорадиометр,калибpyemiA по эталонному источнику. Новым в устройстве является создание конструкции, согласующей угловые поляризационные и динамические характеристики эталонного источника излучения — синхротронного источника излучения накопительного кольца и монохроматического осветителя за счет того, что фокусирующее поворотное зеркало спектрорадиометра образует с фокусирующей оптической системой монохроматического) осветителя афокальную оптическую систему. 1 ил. ти.

1 13

Изобретение относится к спектрофотометрии и предназначено для градуировки фотоприемников по абсолютной спектральной чувствительности к потоку излучения и энергетической освещенности, используемых в качестве первичных преобразователей в измерителях спектральной плотности потока излучения и спектральной плотности энергетической освещенности в спектральном диапазоне от вакуумного УФ до далекого ИК.

Целью изобретения является расширение спектрального и динамического диапазонов и повышекие точности измерений.

На чертеже изображена схема устройства для градуировки фотоприемников по.спектральной ;увствителькосУстройс гво содержит монохроматический осветитель 1, состоящий из излучателя 2 и монохроматора 3, расположенную по ходу излучения фокусирующую оптическую систему 4, опорный фотоприемник 5, выполненный в виде спектрорадиометра, состоящего из расположенного по ходу излучения входного фокусирующ;::го поворотного зеркала 6, монохроматора 7„ поляризатора 8, фотоприемника 9 и механизма 10 вращения поворотногс зеркала, а также апертурную,г,,иафрагму 11, держатель фотоприемников с механизмом ввода-вывода градуируемого фотоприемника 12 и эталонный источник

13. Кроме того на чертеже показаны выходная щель t4 монохроматора монохроматического осветителя, входная щель 15 мокохроматора 7 спектрорадиометра и поляризатор 16.

Механизм 10 вращения входного фокусирующего поворотного зеркала обеспечивает вращение и установку входного фокусирующего поворотного зеркала 6 в двух положениях. Область

Ф излучения эталонного источника;накопительного кольца 13 — оптически сопряжена с плоскостью входной щели 15 при одном из фиксированных изделий зеркала 6. Оптически сопряженны.— ми являются щели 14 15. Апертурная диафрагма 11 спектрорадиометра жестко связана с механизмом IO вращения входного поворотного зеркала

6 и может устанавливаться в двух фиксированных положениях вместе с механизмом 12 ввода-вывода градун14237 2 руемого фотоприемника, также жестко связанного с механизмом 10.В одном из фиксированных положений апертурная диафрагма 1I выделяет часть излучения из накопительного кольца, в другом положении (на чертеже показано пунктиром) диафрагма работает в монохроматическом пучке, в этом случае плоскость апертурной диафрагмы 11 совпадает с задней фокальной плоскостью фокусирующей оптической системы 4.

Фокусирующая оптическая система

4 выполнена в виде вогнутого .сферического зеркала, образующего с зеркалом 6 афокальную оптическую систему с увеличением равным единице, т.е. оба зеркала 6 и 4 имеют равные фокусные расстояния. Направления главных пропусканий поляризаторов

8 и 16 совпацают.

Устройство работает следующим образом.

Зеркало 6 устанавливается в первое положение. при котором излучение из накопительного кольца проходит через апертурную диафрагму 11 и отражается зеркалом 6 ка входную щель 15 монохроматора 7, настроенного на длину волны P . Зеркало 6 созо дает изображение точки 13 на щели

15. Измеряют сиг калы спектрорадиометра i;, (Я ),„ i>(7I ) при положениях

° Э ° 9 поляризатора 8 спектрорадиометра, ориентированного соответственно па- раллельно и перпендикулярно плоскос- ти электронной орбиты. Затем зеркало

6 устанавливают во второе фиксирован4g ное положение, при котором излучение с из мокохроматического осветиО теля проходит через апертурную диаф рагму 11 и, отразившись от зеркала

6, направляется в щель 14. При этом 5 зеркала 4 и 6 создают изображение входной щели 14 монохроматора 3 на входной щели 15 монохроматора 7.Фотоприемником 9 измеряются сигналы ,Ч . М

1 д (7I0) и 1 (i()) при положениях

50 поляризаторов, ориентированных соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости электронной орбиты.

Загем механизмом ввода-вывода градуи-. руемыйфотоприемник вводится в монохроматический пучок с длиной волны Р .

Размер ее приемной площадки должен превышать размерь1 апертурной диафрагмы 11.В этом случае монохроматический йуЧок излучения полностью перехваты7 4 собой соотношением д,Л 3 З,дЛ и выходная щель монохроматора 7 втрое и более раз превышает ширину входной спектральной щели 14.

Пример. В качестве монохроматоров 7 и 3 использованы идентичные монохроматоры, собранные по схе- ме Эберта типа МДР-23 со сменными решетками, обеспечивающими спектраль. ный диапазон 0,112-1000 мкм. Все устройство заключено в вакуумноплотный корпус и вакуумируется. В качестве источника 1 излучения ис-. пользуется набор излучателей: в области спектра 0,1 — 0,3 мкм " дейте" риевая лампа ВМФ-25; в области спектра 0,3 — 2,5 мкм — светоизмеритель- ная лампа СИ6-40, в области спектра 2,5 — 50 аахм — ннхромовая спираль, в области спектра 50-1000 мкм — ртутная лампа ДРТ-400. В качестве фотоприемника 9 спектрометра используются сменные фотоприемники:в области спектра 0,112-0,3 мкм — ФЗУ-142;

0 3- 1,2 мкм — фотодиод ФД-24К (или

ФЭУ-100, ФЭУ-62); -1,2-5,0 мкм — охлаждаемый фотодиод InSb; 5,0-9,0мкм охлаждаемое сопротивление Ge-Au;101000 мкм — оптико-акустический элемент Галея. Для отсечения высших порядков спектра дополнительно вместе с монохроматорами используются отрезающие светофильтры (интерференционные и отражательные). Поляризато- ры — также сменные: в ИК области— дифракционные решетки,,работающие на пропускание; в видимой области—

I поляроидные пленки, в УФ области— отражательный поляризатор. Зеркала

6 и 4 сферические с радиусом кривизны 1000 мм (й = 500 мм) .

i л. (Ло)

Е (Л ) (2) (я )ьАЭФ 11 (3) Я5 (Ло)в "эФ .

1 (Ло) Е э . (Л.) E," (Л,) используется накопительное электронное кольцо "Пламя-1". Расстояние от излучающей точки кольца 13 до апертурной диафрагмы 5000 мм. Размер . излучающей области кольца 3 мм.

Зеркало 6 создает уменьшенное изображение (1:10) области 13 на входной щели 15. Размер выходной щели

14-0, 1 мм. Размер входной щели 15

0,1 мм, размер выходной щели монохроматора 7 1,0-3,0 мм.

Введение в устройство предлагаемой конструкции спектрометра вместе . с эталонным источником 13, выполненным в виде накопительного кольца, позволяет увеличить спектральный рина ральная ширина, выделяемая монохроматором 7. 55

Расчетные соотношения (1) †. (3) справедливы, е;ли выделяемые монохроматорами 7 и 3 спектральные интервалы в Л и д7, связаны между

-3 131423 вается приемной площадкой фотоприем° пр ника и измеряются его сигналы 1 „ (Я ) н i > (Я ) при положениях поляризатора 8 монохроматического осветителя соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости электронной орбиты.

Чувствительность градуипуемого фотоприемника S+ (Д >) может быть определена из соотношений: tO пр пр () (1) 2

Э. rtp

Б„<л,> = — -„-Т вЂ” -, в,(л,) = пр 1 „(Л ) лр и Ло

l э

Е э и Š— расчетная спектраль1 ная плотность энергетической освещенности на апертурной диафрагме 11, 30 создаваемая синхротронным излучением накопительного электронного коль.ца, соответственно для компонентов поляризации, совпадающих с плоскостью электронной орбиты и перпендикулярных ей. Расчет E„ Eз мо9 жет быть произведен иэ измерений значений тока электронов (H$IH чис" ла ускоряемых электронов), энергии электронов, радиуса электронной ор- 40 биты и геометрии, в которой используется синхротронное излучение. Величина g 3 >4, определяется по результатам дополнительных измерений сигнала спектрорадиометра при ска- 45 нировании монохроматической линии монохроматором 7. При этом может быть использован монохроматический поток, создаваемый монохроматическим осветителем предлагаемого устройства, если его спектральная шим дЛ

ДЛ < — где ДЯ вЂ” спект10

В качестве эталонного источника

1З142З 6

-чено в 2-3 раза за счет выбор оолее короткофокусных зеркал 6.и 4. приведенном составляет декады по длиS

Чувствительность предлагаемого устройства также увеличилась, поскольку чувствительность спектрорадиометра существенно выше, чем чувствительность известных опорных приемников, так как практически полноl стью исключены составляющие систематической .погрешности, связанные с поляризацией излучения, неэквивалентностью освещения опорного и !5 градуируемого фотоприемников и дру" гимн геометрическими факторами,а также наилучшим образом согласованы специфические свойства такого источника излучения, как накопительное кольцо с монохроматическим осветителем.. Согласование геометрических размеров пучка излучения достигается объединением оптической системы 4 с входным фокусирующим поворотным зеркалом 6 в афокальную оптическую систему, что позволяет сформировать монохроматический пучок на апертур- З0 ной диафрагме 11 с угловыми размерами, равными угловому размеру пучка синхротронного излучения. И в тоже время появляется возможность использовать пучок с большой угловой апертурой на выходе монохроматического осветителя. Использование одной и той же апертурной диафрагмы il для обоих сравниваемых пучков и установ ка ее в фокальной плоскости фокуси- !р рующей оптической системы исключают .составляющие погрешности, связанные с геометрией. При этом существенно упрощаются юстировка и согласование угловых апертур сравниваемых пучков синхротронного излучения и монохроматическог о осветителя. Возможность использования большой угловой апертуры монохроматического осветителя увеличивает монохроматическую осве- 50 щенность для приведенного примера реализации в 100 раз, так как если размер апертурной диафрагм а

50 мм, то относительное отверстие для пучка синхротронного излучения составляет 1/100, а относительное отверстие для пучка монохроматического излучения из монохроматора осветителя 1/10 и может быть увели5 диапазон измерений. В примере реализации он

О, 112-1000 мкм, т. е ° 4 нам волн.

Формула изобретения

Устройство для градуировки фотоприемников по спектральной чувствительности, содержащее монохроматический осветитель, состоящий из излучателя и монохроматора, расположенные последовательно по ходу излучения фокусирующую оптическую систему, апертурную диафрагму и держатель градуируемого фотоприемника с механизмом ввода-вывода градуируемого фотоприемника из монохроматического пучка излучения, а также эталонный источник излучения и механизм, обеспечивающий последовательно оптическую связь опорного фотоприемника с монохроматическим осветителем и эталонным источником излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,,с целью расширения спектрального и динамического диапазонов измерений и повышения точности, монохроматический осветитель дополнительно содержит поляризатор, установленный между источником излучения и монохроматором, опорный фотоприемник выполнен в виде спектрорадиометра, состоящего из расположенных последовательно по ходу излучения входного фокусирующего поворотного зеркала,монохроматора, второго поляризатора и фотоприемника, эталонный источник излучения выполнен в виде электронногоо накопительного кольца, держатель градуируемого фотоприемника расположен между апертурной диафрагмой и входным фокусирующим поворотным зеркалом, причем апертурная диафрагма, держатель градуируемого фотоприемника с механизмом ввода-вывода градуируемого фотоприемника и входное фокусирующее поворотное зеркало жестко связаны между собой и с механизмом, обеспечивающим последовательно оптическую связь опорного фотоприемника с монохроматическим осветителем и эталонным источником излучения, при этом входное фокусирующее поворотное зеркало образует с фокусирующей оптической системой афокальную оптическую систему, апертурная диафрагма расположена в задней фокальной плоскости фокусирующей оптической системл, излучающая область эталонного источника излуСоставитель В.Калечиц

Техред В.Кадар Корректор Е.Рошко

Редактор А.Лежнина

Заказ 2205/44 Тираж 777

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1314237 8 чения и выходная щель монохроматора афокальной оптической системы с входмонохроматического осветителя явля-. НоН спектральной щелью монохроматора ются оптически сопряженными относи- спектрорадиометра, а оба поляризатотельно соответственно входного фо- ра ориентированы таким образом,что кусирующего поворотного зеркала и 5 направления их асей совпадают.